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產(chǎn)品分類  PRODUCTS
  • 第一篇 風(fēng)機箱(離心式)
一、HTFC(DT)-I、II、V 系列低噪聲消防排煙(兩用)風(fēng)機箱
二、BF 系列低噪聲變風(fēng)量風(fēng)機箱
三、GDF 系列低噪聲離心管道風(fēng)機
四、CF 系列單吸廚房排油煙風(fēng)機
五、YDF 系列誘導(dǎo)風(fēng)機
  • 第二篇 軸流(混流、斜流)式風(fēng)機
一、HTF(GYF)-I、II、III、D、G、IIG 系列消防排煙軸流風(fēng)機
二、SWF(HLF、GXF)-I、II、H 系列高效混流風(fēng)機
三、SWF-IV(HL3-2A)、HTF-PY(PYHL-14A)系列節(jié)能混流風(fēng)機
四、SWF-V(SJG)系列混流風(fēng)機
五、SDF 系列加壓軸流風(fēng)機
六、DZ 系列低噪聲軸流風(fēng)機
七、T35-11(T40)系列軸流風(fēng)機
八、LFF 系列冷庫專用風(fēng)機
九、DBF 系列大型變壓器專用冷卻風(fēng)機
十、SFZ 系列空調(diào)室外機組冷卻風(fēng)機
十一、DFBZ(XBDZ)系列方型壁式軸流風(fēng)機
十二、DWEX 系列邊墻式風(fēng)機
十三、JT-LZ 系列冷卻塔專用風(fēng)機
  • 第三篇 屋頂通風(fēng)風(fēng)機
一、DWT-I 系列軸流式屋頂風(fēng)機
二、DWT-II、III 系列離心式屋頂風(fēng)機
三、DWT-IV 系列無電機渦輪屋頂排風(fēng)機
四、RTC 系列鋁制離心式屋頂風(fēng)機
  • 第四篇 工業(yè)離心風(fēng)機
一、4-72(B4-72)、4-79(4-2*79)離心風(fēng)機
二、9-19、9-26 高壓離心風(fēng)機
三、G(Y)4-73 鍋爐離心風(fēng)機
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離心壓縮機段間隔板可靠性設(shè)計
發(fā)布時間:2018.04.16
計算得到的隔板最大等效應(yīng)力分布見圖4,最大等效應(yīng)力計算值約為734MPa,大于材料抗拉強度400MPa,不滿足強度要求;隔板軸向變形分布見圖5,最大軸向變形計算值約為4.2mm,不滿足隔板變形要求。

1.1.2 處理方案及目前機組運行狀態(tài)
  根據(jù)分析結(jié)果,將隔板空心結(jié)構(gòu)更換為實心結(jié)構(gòu)。經(jīng)計算得到的應(yīng)力和變形均滿足設(shè)計要求。

表 2 隔板改為實心結(jié)構(gòu)后計算結(jié)果

  機組重新安裝后投料開車,運行良好。
1.2 案例二
  2009年3月,某公司氧氣壓縮機起火,機組被燒毀見圖6。


圖6 燒毀機組圖
1.2.1 原因分析
  氧氣壓縮機機殼多為焊接形式[6] ,對不同使用場合,通過變形設(shè)計以保證內(nèi)部流道可視性焊接,這就導(dǎo)致有的變形設(shè)計時完全沒有考慮對隔板止口強度以及剛度進(jìn)行核算[7-9] 。由圖7可以看出,由于支撐環(huán)剛度不夠,造成壓縮機在異常、極端工況時隔板(止口)強度和剛度不夠(比如下游管道突然壞掉,即下游壓力為1kgf/cm2的情況),引起隔板與葉輪發(fā)生刮碰形成火花起火,將機組燒壞。


圖7    葉輪和隔板磕碰圖

1.2.2 處理方案及目前機組運行狀態(tài)
  原設(shè)計為兩塊板,但由于沒有對機殼、隔板止口進(jìn)行強度和剛度校核,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不合理,只有一塊板承受軸向力。新設(shè)計對各種極端惡劣工況隔板、機殼止口進(jìn)行強度和剛度校核計算,保證其此工況下的安全可靠性,見圖7(b),新機組開車后,運行良好。
   
(a)剛度不足設(shè)計圖        (b)改進(jìn)后設(shè)計圖
圖8  改進(jìn)前后對比圖
2 段間隔板的可靠性設(shè)計
  由以上兩個案例可以看出,若在離心壓縮機設(shè)計中對隔板可靠性考慮不周,將會對機組長周期安全運轉(zhuǎn)帶來極大后患。
  由于隔板承受的主要載荷是壓縮機運轉(zhuǎn)過程中隔板兩側(cè)的工質(zhì)壓力差[10] ,所以應(yīng)該通過計算確定在所有設(shè)計工況下,隔板都能滿足強度和剛度的要求。強度方面主要是考慮隔板止口位置的應(yīng)力,確保材料強度滿足要求;剛度方面主要是考慮隔板的變形小于隔板與葉輪之間的預(yù)留間隙。
  目前,針對段間隔板的計算主要有兩種方式,一種是基于理論公式的保守計算,另一種是基于有限元方法的三維實體仿真計算。
2.1 理論公式計算
2.1.1 鑲嵌計算[11]
  圖9為采用理論公式對隔板進(jìn)行計算的結(jié)構(gòu)尺寸選取示意圖,查找圖中參數(shù)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸,輸入到預(yù)先設(shè)計好的計算表格中,補充相關(guān)載荷信息,就會得到相應(yīng)的計算輸出結(jié)果,如果未能通過理論公式的計算判別,則應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸或者開展詳細(xì)的三維有限元分析以確定最終設(shè)計方案的合理性。


圖9  隔板計算參數(shù)選擇圖

  進(jìn)行計算時,假設(shè)隔板及其止口是永久剛體,而機殼上的半圓支承環(huán)是彈性體。

圖10  隔板應(yīng)力分布圖
其中:R為隔板外半徑;r為靠近軸的內(nèi)半徑;Rm為隔板旋轉(zhuǎn)在圓周上的平均半徑,并假定機殼反作用力已產(chǎn)生;△為流經(jīng)隔板的壓差; p=Δp(πR2/2-πr2/2)為作用在半圓隔板上的負(fù)荷。
  假設(shè)半圓板的半圓周上,機殼的反作用壓力隨著距隔板載線上q值最大點的遠(yuǎn)近而逐點變化。
  
  求出qmax后,就應(yīng)驗算半圓隔板的止口。按隔板厚1cm,在與隔板軸線成45°的AB截面上,求出其承受的彎曲、扭轉(zhuǎn)和剪切應(yīng)力值如下。
     


圖11  隔板止口參數(shù)圖

  針對實際的隔板設(shè)計,隔板止口位置的應(yīng)力值按照相應(yīng)的特征參數(shù)乘以對應(yīng)的放大系數(shù)即可得到。
2.1.2 厚度驗算
  關(guān)于隔板厚度的驗算是基于下述經(jīng)驗公式進(jìn)行的,其中ψ是與隔板內(nèi)孔半徑和平均半徑相關(guān)的特征參數(shù),其取值可以根據(jù)圖12所示曲線進(jìn)行確定。

圖12  隔板厚度計算系數(shù)表
2.2 有限元分析計算
  基于隔板三維模型的有限元分析判別方法是隨著計算機分析技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟起來的。分析工程師會根據(jù)設(shè)計工程師提交的初步設(shè)計方案,建立如圖13所示的隔板詳細(xì)三維模型,然后在有限元分析軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分、載荷施加、接觸關(guān)系設(shè)置并完成仿真計算,如圖14所示,然后針對計算結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力與變形的核算,見圖15,并根據(jù)核算結(jié)果決定是否進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。


圖13  隔板三維幾何模型圖

圖14  隔板有限元網(wǎng)格模型與載荷施加視圖

圖15  隔板有限元計算得到的等效應(yīng)力與軸向變形分布圖

  一般認(rèn)為,基于完整隔板(葉盤+側(cè)板+螺釘)的應(yīng)力和變形計算是最準(zhǔn)確的分析,隨著有限元數(shù)值仿真技術(shù)的發(fā)展[11] ,數(shù)值計算的精度和效率水平不斷提高[12] ,針對隔板組件的高精度三維有限元分析正在被越來越多地應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中,發(fā)揮著越來越重要的作用。
3 結(jié)論
  根據(jù)上述案例分析可知,由于段間較大的差壓導(dǎo)致段間隔板變形是造成高速旋轉(zhuǎn)的葉輪與隔板刮碰的主要原因,這就要求在進(jìn)行隔板可靠性分析時要考慮以下兩點:
1) 在設(shè)計所有壓縮機時都應(yīng)該考慮極端異常情況下隔板和機殼強度以及剛度的校核計算,并把該項計算納入產(chǎn)品評審項,以保證產(chǎn)品不出現(xiàn)隔板和機殼強度及剛度問題;
2) 若有的大機殼確實變形量過大,要通過密封結(jié)構(gòu)非常規(guī)設(shè)計,保證在較大隔板變形的情況下不會與葉輪、平衡盤等轉(zhuǎn)子部件刮碰,確保機組的安全可靠。-上虞風(fēng)機
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